DE19622245C1 - Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Verteilung von Kühlgut, wie Lebensmitteln und verderbliche Güter, werden auf dem Weg zwischen Erzeuger und Verbraucher Kühlfahrzeuge eingesetzt, die aus wirtschaftlichen und gesetzgeberischen Gründen meist im Frischdienst-Bereich bei Temperaturen zwischen +2°C bis +12°C betrieben werden. Gefrorenes Kühlgut, wie zum Beispiel Tiefkühlkost und Eiscreme, erfordern dagegen niedrigere Temperaturen zwischen -18°C bis - 25°C, die nur mit Spezialfahrzeugen und mit speziellen - zusätzlich gekühlten - Transportbehältnissen befördert werden können (DE 36 10 563 C2, DE 30 03 987 C1).

Neben den seit langem bekannten Klein- und Großcontainern, die im wärmeisolierten Aufbau des Kühlfahrzeuges angeordnet werden, in denen aufwendige Kühleinrichtungen fest eingebaut sind - oder bei Bedarf mit ihnen verbunden werden können - ist außerdem das Kühlen mit "Trockeneis"-(Kohlendioxid) Stücken bekannt. Eine Kühlung des Kühlgutes mit gleichbleibender Kälteenergie ist damit aber nicht möglich. Bei der Kühlung mit Kohlendioxideis besteht immer die Gefahr einer örtlichen Unterkühlung der Lebensmittel und die Möglichkeit säuerlicher Reaktionen. Während am Anfang bei großen Kohlendioxideismengen eine hohe Kühlleistung erzielt werden kann, ist diese nach kurzer Zeit durch (Wasser-) Eis- und Schneeauflage aus der Umgebungsluft sowie vorzeitiger Trockeneis-Sublimation stark eingeschränkt. Eine praxisnahe Kühlfahrt von zum Beispiel 6-10 Stunden kann daher ohne Beeinträchtigung der Kühlwirkung nicht durchgeführt werden.

Die Kühlwirkung von flüssigem Stickstoff wird außer in Kleincontainern auch in kleineren Gefriergefäßen ausgenutzt. In derartigen Gefäßen werden biologische Proben und Ähnliches bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs aufbewahrt. Derartige Gefäße besitzen eine hochwertige Isolierung (Superisolation) damit der Stickstoffverbrauch nicht untragbar hoch wird. Das Bestreben bei diesen Gefriergefäßen geht zu best möglicher Isolierqualität hin. Für die Transportkühlung von Isoliercontainern sind solche Gefäße ungeeignet. Darüber hinaus sind Kleinbehälter für die Aufnahme von Kältemitteln, mit einem das Kältemittel aufnehmenden Innenbehälter und einem durch einen Isolationsraum in einem Isolationsvakuum von ihm getrennten Außenbehälter bekannt (DE-GM 18 37 143).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kleinbehälter zu schaffen, mit dem über eine vorgegebene Kühldauer eine gleichbleibende Kälteenergie bereitgestellt werden kann.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird eine Wärmeströmung von dem den Außenbehälter umgebenden Medium zu dem Innenbehälter festgelegt und damit bei vorgegebener Geometrie des Kleinbehälters die Kühldauer, während der das im Innenbehälter angeordnete Kältemittel seine Kälteenergie an das Umgebungsmedium abgibt. Bei festgelegter Geometrie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehäl­ ters vorherbestimmbar fest. Bei vorgegebenen Volumen des Kältemittels führt dies neben der festgelegten Kühldauer zu einer kontinuierlichen Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Vorzugsweise werden in den evakuierten Isolationsraum Edelgase, insbesondere Argon, einge­ bracht, die das Isolationsvakuum des Isolationsraums so verändern, daß eine in Abhängigkeit von dem in Isoliercontainern von Fahrzeugen gegebenen Temperatur des Umgebungsmediums die Wärmeeinströ­ mung in den Innenbehälter eingestellt wird. Die Wärmeeinströmung wird bevorzugt über den Argon-Partialdruck des Isolationsvakuums einge­ stellt, bevor der Isolationsraum des Kleinbehälters gasdicht geschlossen wird.

In den Innenbehälter wird als Kältemittel ein tiefsiedendes verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigter Stickstoff bei -196°C gefüllt, das seine Kälteenergie an das Umgebungsmedium abgibt.

Dadurch daß im Innenbehälter eine poröse Speichermasse auf der Ba­ sis von SiO₂ angeordnet ist, die das tiefsiedende verflüssigte Gas auf­ nimmt, kann der Kleinbehälter mit topfförmiger Ausbildung, dessen Be­ hälteröffnung mit einem Verschlußdeckel geschlossen ist, lageunab­ hängig in einem Isoliercontainer mit Kühlgut angeordnet werden. Ein Austreten des flüssigen Stickstoffs ist selbst bei einem auf dem Ver­ schlußdeckel stehenden oder einem schräg liegenden Kleinbehälter si­ cher ausgeschlossen.

Vorteilhaft ist in dem Speichermaterial eine von der Behälteröffnung bis zum Boden durchgehende Befüllöffnung vorgesehen über die das tief siedende verflüssigte Gas in den Innenraum des Innenbehälters einge­ füllt wird und somit gleichzeitig über die gesamte Höhe des Kleinbehäl­ ters von dem Speichermaterial aufgenommen werden kann. Bevorzugt ist hierbei die Befüllöffnung in der Mitte des Kleinbehälter vorgesehen, von der aus das Kältemittel gleichförmig bis zur Wand des Innenbehäl­ ters vordringen kann. Vorteilhaft deckt ein Schutzsieb vor dem Spei­ chermaterial dieses ab, so daß keinerlei Verunreinigungen beim Befül­ len des Innenbehälters in den Kleinbehälter bzw. des Speichermaterial eindringen können.

Das Speichermaterial besteht bevorzugt aus mehreren scheibenförmi­ gen Lagen die jeweils unter Anordnung von wärmeleitenden Distanzhal­ tern das gesamte Volumen des Innenbehälters ausfüllen. Durch die Di­ stanzhalter wird einerseits ein noch schnelleres Befüllen der Kleinbehäl­ ter mit tiefsiedendem verflüssigten Gas erzielt und andererseits eine gleichmäßigere Wärmeeinströmung von dem Isolationsraum zu dem Kältemittel erreicht. Die einströmende Wärme wird über die wärmelei­ tenden Metallnetze, vorzugsweise Kupfernetze, gleichmäßig über das gesamte Volumen des Kältemittels im Innenraum des Innenbehälters verteilt.

Über ein in den Isolationsraum eingebrachtes Argon-transparentes H₂-Getter wird ein konstanter Argon-Partialdruck während der gesamten Lebenszeit des Kleinbehälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vaku­ umwertes erfolgt durch Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den Wandungsmaterialien aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die Wärmeeinströmrate bestimmende Mittel Argon wird dabei von dem Getter nicht adsorbiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kleinbehälters,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Distanzhalters.

Fig. 1 zeigt einen doppelwandigen Kleinbehälter der in seiner Ge­ samtheit mit 10 bezeichnet ist. Der doppelwandige Kleinbehälter 10 be­ steht aus einem Innenbehälter 11 und einem Außenbehälter 12. Der Außenbehälter 12 umgibt den Innbehälter 11 unter Bildung eines Isola­ tionsraumes 13. Der zwischen Innen- und Außenbehälter ausgebildete Isolationsraum 13 wird evakuiert, beispielsweise auf 10^-4 mbar. Das in dem Isolationsraum 13 angeordnete Edelgas-transparente-H₂-Getter 14 wird unter Zuführung von Wärme aktiviert, so daß der von ihm gebun­ dene Wasserstoff abgegeben wird. Der evakuierte Isolationsraum 13 wird anschließend mit einem Mittel geflutet bis ein empirisch ermittelter Vakuumwert eingestellt ist. Als Mittel dienen vorzugsweise Edelgase, insbesondere Argon. Anschließend wird der Isolationsraum 13 durch Abquetschen des Pumpstutzens 37 gasdicht verschlossen.

Der Innenbehälter 11 ist mit einem Speichermaterial 15 gefüllt, das in scheibenförmigen Lagen 17 bis 24 mit zwischen jeder Lage angeordne­ ten Distanzhaltern 16 im Innenraum angeordnet ist. Das poröse Spei­ chermaterial 15 auf der Basis von SiO₂ dient zur Aufnahme von den als Kältemitteln bevorzugt eingesetzten tiefsiedenden verflüssigten Gasen, insbesondere von verflüssigtem Stickstoff. Der tiefsiedende verflüssigte Stickstoff wird mit einer Temperatur von -196°C (77k) von dem Spei­ chermaterial 15 adsorbiert. Das Speichermaterial 15 und die zwischen jeder Lage 17 bis 24 vorgesehenen wärmeleitenden Distanzhalter 16 weisen eine von der Behälteröffnung 25 bis zum Boden 26 des vor­ zugsweise runden, und aus Edelstahl gefertigten Kleinbehälters 10 ver­ laufende Befüllöffnung 27 auf. Über die Befüllöffnung kann Flüssig­ stickstoff in den topfförmig, vorzugsweise mit kreisförmiger Seitenwand 33 ausgebildeten Innenbehälter 11 in kurzer Befüllzeit zugeführt wer­ den, da der Flüssigstickstoff über die gesamte Höhe des Kleinbehälters 10 sofort von dem Speichermaterial 15 adsorbiert wird. Dabei kann der Flüssigstickstoff über die zwischen den Lagen 17 bis 24 vorgesehenen wärmeleitenden Distanzleiter 16 bis unmittelbar an die Seitenwand 33 strömen und großflächig von dem Speichermaterial 15 aufgenommen werden. Zwischen den Lagen wird mittels der aus Metall oder Kupfer bestehenden Distanzhalter 16 ein Abstand 36 von 1 bis 4 mm einge­ stellt. Wie Fig. 2 zeigt, bestehen die Distanzhalter aus einem flächigen Metallnetz 35 mit abstehendem Metallrand 34. Der Metallrand 34 be­ stimmt dabei den Abstand 36 zwischen den Lagen 17 bis 24 des Spei­ chermaterials 15.

Der Kleinbehälter 10 wird mit einem Verschlußdeckel 28 geschlossen und mit einem Verschlußelement 29 verschlossen. Zwischen der Behäl­ teröffnung 25 und der ersten Lage 17 des Speichermaterials 15 ist ein Schutzsieb 30 vorgesehen, das das Eindringen von Verunreinigungen beim Befüllen des Innenbehälters in den kleinen Behälter 10 bzw. das Speichermaterial 15 verhindert.

Der als Kälteakku ausgebildete Kleinbehälter 10 kann in einem Isolier­ container 31 eines Kühlfahrzeuges fest installiert sein oder zu dem Kühlgut beigepackt werden.

Betriebsweise:
Der mit tiefsiedendem verflüssigten Stickstoff (-196°C) gefüllte Kleinbe­ hälter 10 wird in den Isoliercontainer 31 eines Kühlfahrzeuges beige­ packt. Über den eingestellten Argon-Partialdruck des Isolationsraumes 13 erfolgt eine definierte Wärmeströmung von dem im Isoliercontainer 31 vorhandenen Medium 32, im Normalfall Luft, zu dem Innenbehälter 11. Der Kleinbehälter 10 stellt dabei die zur Kompensation des ständig durch seine Wände einfallenden Wärmestromes aufzubringende Kälte­ leistung zur Verfügung, die den Isoliercontainer 31 auf eine gleichblei­ bende Temperatur kühlt. Dabei ist die bei vorgegebener Geometrie des Kleinbehälters 10 vorgesehene Kühldauer definiert, während der der im Innenbehälter angeordnete Flüssigstickstoff seine Kälteenergie an die im Isoliercontainer 31 vorhandene Luft abgibt. Bei festgelegter Geome­ trie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehälters, d. h. bei vorgege­ benem Kältemittelvolumen, legt der im Isolationsraum eingestellte Ar­ gon-Partialdruck die Kühldauer des jeweiligen Kleinbehälters vorher­ bestimmbar fest. Dies führt zu einer kontinuierlichen Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Dabei führen die wärmeleitenden Di­ stanzhalter im Kühlbetrieb gleichmäßig Wärme dem tiefkalten Kältemit­ tel zu.

Vorteilhaft wird durch die Erfindung ein als Kälteakku ausgebildeter Kleinbehälter 10 geschaffen mit dem eine vorgegebene Kälteenergie für einen vorgegebenen Zeitraum bereitgestellt werden kann. Die Menge der abzugebenden Kälteenergie ist dabei vom aufnehmbaren Volumen des Kältemittels und der Kühldauer von der Geometrie und dem eingestell­ ten Vakuumwert des Kleinbehälters abhängig. Über das in den Isolati­ onsraum eingebrachte Argon-transparente H₂-Getter wird ein konstan­ ter Argon-Partialdruck während der gesamten Lebenszeit des Kleinbe­ hälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vakuumwertes erfolgt durch Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den Wandungsmaterialien aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die Wärmeeinströmrate be­ stimmende Mittel Argon wird dabei von dem Getter nicht adsorbiert.

Claims (7)

1. Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern mit einem das Kältemittel aufnehmenden Innenbehälter (11) und einem durch einen evakuierten Isolationsraum (13) von ihm getrennten Außenbehälter (12), wobei der Außenbehälter (12) aus einem Boden (26), Seitenwänden (33) und einer Behälteröffnung (25) mit einem verschließbaren Deckel (28) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im evakuierten Isolationsraum (13) ein edelgas-transparentes H₂-Getter (14) zur Abgabe von Wasserstoff durch Wärmezuführung angeordnet ist, daß der Isolationsraum (13) durch geflutetes Edelgas auf einen empirisch ermittelten Vakuumwert eingestellt ist und daß der Innenbehälter (11) mit einem porösen Speichermaterial (15) gefüllt ist.

2. Kleinbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das edelgas-transparente H₂-Getter (14) ein argon- transparenter H₂-Getter ist, das als Edelgas im evakuierten Isolationsraum (13) Argon und als Kältemittel im Innenbehälter (11) verflüssigter Stickstoff verwendet wird.

3. Kleinbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial (15) eine von der Behälteröffnung (25) aus bis zum Boden (26) durchgehende Befüllöffnung (27) aufweist.

4. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial (15) in mehreren Lagen (17 bis 24) angeordnet ist und zwischen den Lagen (17 bis 24) wärmeleitende Distanzhalter (16) angeordnet sind.

5. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzhalter als Kupfernetze ausgebildet sind.

6. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Speichermaterial (15) ein Schutzsieb (30) die Behälteröffnung (25) abdeckt.

7. Kleinbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine topfförmige Ausbildung mit Boden (26) und Seitenwänden (33) und einem die Behälteröffnung (25) verschließenden Verschlußdeckel (28).